物理高二第3章第4節(jié) 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力練習題及答案解析

1．關(guān)于磁場對通電直導(dǎo)線的作用力(安培力)，下列說法正確的是()A．通電直導(dǎo)線在磁場中一定受到安培力的作用B．通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟磁場的方向垂直C．通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟電流的方向垂直D．通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向垂直于由B和I所確定的平面答案：BCD2．(2009年高考海南卷)一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定．導(dǎo)線中通有電流，方向如圖3－4－18中箭頭所示．當沒有磁場時，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強磁場時，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示中正確的是()圖3－4－18解析：選D.由左手定則判斷可知D正確．3．要想提高磁電式電流表的靈敏度，可采用的辦法有()A．增加線圈匝數(shù)B．增加永久性磁鐵的磁感應(yīng)強度C．換用彈性較強的游絲，增大反抗力矩D．增加線圈面積解析：選ABD.當給電流表通入電流I時，通電線圈就在安培力的作用下轉(zhuǎn)動，同時螺旋彈簧即游絲變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動．研究表明電流表靈敏度將隨著線圈匝數(shù)N、線圈面積S及磁感應(yīng)強度B的增大而提高，隨著螺旋彈簧彈性強弱的增大而降低．故應(yīng)選A、B、D.4.圖3－4－19直導(dǎo)線AB與圓線圈的平面垂直且隔有一小段距離，直導(dǎo)線固定，線圈可以自由運動．當通過如圖3－4－19所示的電流時(同時通電)，從左向右看，線圈將()A．順時針轉(zhuǎn)動，同時靠近直導(dǎo)線ABB．順時針轉(zhuǎn)動，同時離開直導(dǎo)線ABC．逆時針轉(zhuǎn)動，同時靠近直導(dǎo)線ABD．不動解析：選C.通電圓環(huán)等效為磁針，上方為N極，直導(dǎo)線AB中的電流在圓環(huán)處產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里，由此可知C正確．5．(2011年廈門一中高二檢測)如圖3－4－20所示，在同一水平面上的兩根導(dǎo)軌相互平行，并處在豎直向上的勻強磁場中，一根質(zhì)量為3.6kg，有效長度為2m的金屬棒放在導(dǎo)軌上．當金屬棒中的電流為5A時，金屬棒做勻速直線運動；當金屬棒中的電流增加到8A時，金屬棒的加速度為2m/s2，求磁場的磁感應(yīng)強度的大小．圖3－4－20解析：棒勻速動動，有：BI1l＝μmg①棒勻加速運動時，有：BI2l－μmg＝ma②聯(lián)立①、②解得B＝eq\f(ma,I2－I1l)＝1.2T.答案：1.2T一、選擇題1．關(guān)于通電導(dǎo)線所受安培力F的方向、磁感應(yīng)強度B的方向和電流I的方向之間的關(guān)系，下列說法正確的是()A．F、B、I三者必須保持相互垂直B．F必須垂直B、I，但B、I可以不相互垂直C．B必須垂直F、I，但F、I可以不相互垂直D．I必須垂直F、B，但F、B可以不相互垂直解析：選B.安培力F總是與磁感應(yīng)強度B和電流I決定的平面垂直，但B與I(即導(dǎo)線)可以垂直，也可以不垂直．如果通電導(dǎo)線受安培力時，力F與磁場及力F與導(dǎo)線都是垂直的，故A、C、D均錯，B正確．2．(2011年揚州模擬)在赤道上空，水平放置一根通以由西向東的電流的直導(dǎo)線，則此導(dǎo)線()A．受到豎直向上的安培力B．受到豎直向下的安培力C．受到由南向北的安培力D．受到由西向東的安培力解析：選A.赤道上空的地磁場方向是由南向北的，電流方向由西向東，由左手定則判斷出導(dǎo)線受到的安培力的方向是豎直向上的，答案A正確．3.圖3－4－21通電矩形線框abcd與長直通電導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi)，如圖3－4－21所示，ab邊與MN平行．關(guān)于MN的磁場對線框的作用力，下列說法正確的是()A．線框有兩條邊所受的安培力方向相同B．線框有兩條邊所受的安培力大小相等C．線框所受的安培力的合力方向向左D．線框所受的安培力的合力方向向右解析：選BD.由安培定則可知導(dǎo)線MN在線框處所產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向外，再由左手定則判斷出bc邊和ad邊所受安培力大小相等，方向相反．a(chǎn)b邊受到向右的安培力Fab，cd邊受到向左的安培力Fcd.因ab所處的磁場強，cd所處的磁場弱，故Fab＞Fcd，線框所受合力方向向右．4.圖3－4－22(2009年高考全國卷Ⅰ)如圖3－4－22，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直．線段ab、bc和cd的長度均為L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示．導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力()A．方向沿紙面向上，大小為(eq\r(2)＋1)ILBB．方向沿紙面向上，大小為(eq\r(2)－1)ILBC．方向沿紙面向下，大小為(eq\r(2)＋1)ILBD．方向沿紙面向下，大小為(eq\r(2)－1)ILB解析：選A.該導(dǎo)線可以用a和d之間的直導(dǎo)線長為(eq\r(2)＋1)L來等效代替，根據(jù)F＝BIL，可知大小為(eq\r(2)＋1)BIL，方向根據(jù)左手定則可得出．選項A正確．5.圖3－4－23用兩根細線把兩個完全相同的圓形導(dǎo)線環(huán)懸掛起來，讓兩者等高平行放置，如圖3－4－23所示．當兩導(dǎo)線環(huán)中通入方向相同的電流I1、I2時，則有()A．兩導(dǎo)線環(huán)相互吸引B．兩導(dǎo)線環(huán)相互排斥C．兩導(dǎo)線環(huán)無相互作用力D．兩導(dǎo)線環(huán)先吸引后排斥解析：選A.通電的導(dǎo)線環(huán)周圍能夠產(chǎn)生磁場，磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體或電流產(chǎn)生力的作用．由于導(dǎo)線環(huán)中通入的電流方向相同，兩者同位置處的電流方向完全相同，相當于通入同向電流的直導(dǎo)線，據(jù)同向電流相互吸引的規(guī)律，判知兩導(dǎo)線環(huán)應(yīng)相互吸引，故A正確．6.圖3－4－24(2011年蘇州高二檢測)如圖3－4－24所示，均勻繞制的螺線管水平放置，在其正中心的上方附近用絕緣繩水平吊起通電直導(dǎo)線A，A與螺線管垂直，A導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里，開關(guān)S閉合，A受到通電螺線管磁場的作用力的方向是()A．水平向左B．水平向右C．豎直向下D．豎直向上解析：選D.先用安培定則判斷螺線管的磁場方向，在A點導(dǎo)線處的磁場方向是水平向左的；再用左手定則判斷出導(dǎo)線A受到的安培力豎直向上．故選D.7.圖3－4－25在等邊三角形的三個頂點a、b、c處，各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖3－4－25所示．過c點的導(dǎo)線所受安培力的方向()A．與ab邊平行，豎直向上B．與ab邊平行，豎直向下C．與ab邊垂直，指向左邊D．與ab邊垂直，指向右邊解析：選C.根據(jù)直線電流相互作用的規(guī)律可知a與c相互吸引，b與c也相互吸引，所以導(dǎo)線c所受的合力方向一定指向左邊且與ab邊垂直，故C選項正確．8.圖3－4－26(2011年長沙市第一中學(xué)高二階段性考試)如圖3－4－26所示，放在臺秤上的條形磁鐵兩極未知，為了探明磁鐵的極性，在它中央的正上方固定一導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，則()A．如果臺秤的示數(shù)增大，說明磁鐵左端是北極B．如果臺秤的示數(shù)增大，說明磁鐵右端是北極C．無論如何臺秤的示數(shù)都不可能變化D．以上說法都不正確解析：選A.如果臺秤的示數(shù)增大，說明導(dǎo)線對磁鐵的作用力豎直向下，由牛頓第三定律知，磁鐵對導(dǎo)線的作用力豎直向上，根據(jù)左手定則可判斷，導(dǎo)線所在處磁場方向水平向右，由磁鐵周圍磁場分布規(guī)律可知，磁鐵的左端為北極，A正確，B、C、D錯誤．9.圖3－4－27如圖3－4－28所示，在傾角為α的光滑斜面上，垂直紙面放置一根長為L、質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒，在導(dǎo)體棒中的電流I垂直紙面向里時，欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，下列外加勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的大小和方向正確的是()A．B＝mgeq\f(sinα,IL)，方向垂直斜面向上B．B＝mgeq\f(sinα,IL)，方向垂直斜面向下C．B＝mgeq\f(cosα,IL)，方向垂直斜面向下D．B＝mgeq\f(cosα,IL)，方向垂直斜面向上解析：選A.由左手定則可知，若要使安培力和物體受到的重力和支持力平衡，磁場的方向應(yīng)垂直于斜面向上，由平衡條件列方程得：mgsinα＝ILB，解得B＝eq\f(mgsinα,IL)，故選A.二、計算題10．如圖3－4－28所示，在傾角為37°圖3－4－28的光滑斜面上有一根長為0.4m．質(zhì)量為6×10－2kg的通電直導(dǎo)線，電流I＝1A，方向垂直紙面向外，導(dǎo)線用平行于斜面的輕繩拴住不動，整個裝置放在磁感應(yīng)強度每秒增加0.4T，方向豎直向上的磁場中，設(shè)t＝0，B＝0，則需要多長時間斜面對導(dǎo)線的支持力為零？(g取10m/s2)解析：支持力為0時導(dǎo)線的受力如圖所示，由平衡條件得：F安＝eq\f(mg,tan37°)＝eq\f(6×10－2×10,0.75)N＝0.8N由F安＝BIL得B＝eq\f(F安,IL)＝eq\f(0.8,1×0.4)T＝2T由B＝0.4t得t＝eq\f(B,0.4)＝eq\f(2,0.4)s＝5s.答案：5s11.圖3－4－29(2011年洛陽市高二檢測)如圖3－4－29所示，PQ和MN為水平、平行放置的金屬導(dǎo)軌，相距1m，導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒的質(zhì)量m＝0.2kg，導(dǎo)體棒的中點用細繩經(jīng)滑輪與物體相連，物體質(zhì)量M＝0.3kg，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ＝0.5.勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝2T，方向豎直向下，為了使物體勻速上升，應(yīng)在導(dǎo)體棒中通入多大的電流？方向如何？解析：為了使物體勻速上升，導(dǎo)體棒所受安培力方向應(yīng)向左，由左手定則可知，導(dǎo)體棒中的電流方向應(yīng)為a→b.由平衡條件得：BIL＝Mg＋μmg解得：I＝eq\f(Mg＋μmg,BL)＝2A答案：2A方向a→b12．如圖3－4－30所示，兩平行光滑導(dǎo)軌相距為L圖3－4－30＝20